如何确保获得良好的印刷图形

如何确保获得良好的印刷图形

印刷图形与实装品质的关系
随着SMT技术的飞速发展，高密度、细间距的基板越来越多地应用于实际生产中，同时，无铅锡膏也已经得 到了广泛的使用。但是，这些变化使得印刷难度
大幅上升，出现了更多的缺陷，如：虚焊、短路、元件破损等。 而且，一些被认为是贴装或回流原因造成的缺陷，在经过 分析后却发现，也是由于印刷原因
造成的，如偏移，通常在判断原因时的第一印象是贴装缺陷，但是如果锡膏的印 刷发生偏移，也会在回流后造成元件的偏移。此外，由于 使用了无铅锡膏，
以往少人关心的印刷图形也显得更加重要，这是因为无铅锡膏在熔融时拥有比共晶锡膏更强的表 面张力，因此，原本在使用共晶锡膏时一般不会出问题的图
形，现在变得容易产生缺陷（见图1）。
对于实装品质而言，印刷品质具有相当大的影响， 那么什么是良好的印刷品质呢？我们对其进行了如下的定 义：在正确的位置，以正确的量和正确的图形，
进行连续稳定的印刷。其中，所谓正确的图形就是接近网板开口的图形（见图2），而不正确的图形则容易产生缺陷（见图3）。
在印刷工艺中，印刷品质主要受到4个因素的影响：锡膏、网板、基板和印刷工程（见图4）。下面将围绕其中的锡膏和印刷工程做一些讨论。
锡膏对印刷图形的影响
锡膏作为印刷材料拥有3个非常重要的物理特性： 1 、粘度：（CSP）［Malcom粘度计10rpm，25℃］

[]200 Pa·ｓ＝20×104 cps ＝2000P 对于这个特性大家应该都比较熟悉，通常在锡膏的规格书上都有标注。它是使用Malcom粘度计（见图5）， 在25℃的[/]

环境温度下，以每分钟10转的速度测量得到的结果。锡膏因为有了这个特性，才能在贴装后将元件“ 吸附”在正确的贴装位置。目前，使用较多的无铅锡膏的
粘度为：200 Pa ? ｓ±10% 。
对于这个特性，很多情况下并不被人们所了解或常常被忽视，但是却非常重要！锡膏正因为有了这个特性， 才会如大家熟知的那样，随着运动速度越快变得
越粘（图 6 ）。而且通过图7可以发现，有2种不同的锡膏，虽然规格书所示的粘度一样，但是在实际的印刷过程中，特别是在 填充和脱模时，它们所表现出
的粘度是完全不同的，这会直接影响到参数的调整。因此，有时在调整刮刀速度时， 可以适当的考虑提高速度，而不是一味地降低速度。目前，使用较多的
无铅锡膏的触变系数为：0.6±0.05 。

3、锡粉颗粒直径：Φ（μm ） 这个特性顾名思义就是表示了锡膏中金属颗粒的直 径。直径过大不利于微小元件的填充，直径过小不仅成本会增加，锡膏的氧
化几率也会增加。此外需要注意的是，对于这个特性的表示，通常都是用一个范围值，如：（#330～5 0 0）＝（2 5～4 5μm）、（# 4 0 0～6 3 5）＝
（2 0～38μm）、（#500～800）＝（17～25μm）等。但是，这并不表示锡膏的平均直径就是简单的2者相加再除以2，它表示的是大多数颗粒的直径在这
个范围内。通常锡粉颗粒直径的选择是由网板的开口和厚度来决定的， 图8 中列举了部分网板开口与锡粉颗粒的对应要求。目前，使用较多的无铅锡膏的颗粒
直径为： 2 0 ～38μm 。
印刷工程对印刷图形的影响这里主要将结合松下的印刷设备进行介绍。
1、填充工程
大家可以在脑海里模拟一下，锡膏是怎么填充到网板开口中的。通常的情形是：锡膏在通过网孔上方时受到刮 刀的压力，一点一点地从上而下地进入网孔中
（见图9）。但是，实际的状态并不完全是这样的。通过图10可以看到，锡膏在通过网孔的上方时，由于锡膏在滚动，部分锡 膏会从网孔的刮刀运动的相对
方向开始填充，然后逐渐填满整个网孔。
在了解了锡膏的填充方式之后，就有必要来了解一下，影响填充性的印刷条件。如图11所示，如果将网板的开孔分割为L1、L2、L3，影响L1的要素有刮刀
的运动速度 V和网板上锡膏的高度H，影响L3的要素有刮刀的运动速度 V和刮刀与网板间的角度θ ，而影响L2的要素则没有，这也就是平时生产中很少有开口
中间部分少锡的原因。
肯定有人会觉得奇怪，为什么没有刮刀压力这个参数，而且在平时的实际生产中也确实有通过压力来调整填 充的？这是因为，在刮刀上施加了压力后，刮刀
与网板接触的部分会发生变形，从而会生成一个新的角度，如 图12所示。此时影响L3的填充要素是θ1、θ2和V，其中 θ2就是由压力来控制的。因此，
对θ2的控制在印刷工艺中就显得非常重要。此外，通过图11和图12可以看出，影响填充最主要的因素其实是刮刀的速度。所以，在平时的 调整过程中，如
果遇到填充缺陷，那么首先就应该考虑的是当前的刮刀速度是否合适，而非轻易地更改刮刀压力。
2、脱模工程
脱模简单来说就是让网孔中的锡膏与网板分离。为了 使分离的状态良好，有2个主要的参数可以进行调整，分别是：脱模速度和脱模方式。
这里重点说一下脱模方式。平时在现场可以看到较多使用的等速度的脱模方式，所谓等速度，就是从基板与网 板分离开始到结束始终保持一个速度。使用这
种方式只要速度合适，一般可以得到比较好的脱模效果。
但是，这种脱模方式也存在一个问题，那就是对于不同难度的元器件，需要的脱模速度是不一样的，让我们看 一个简单的例子。以手机的基板为例，元器件
有0.4mm间距的QFP，0.5mm间距的CSP和公制0603的片式元件，而这些元器件需要的脱模速度是不完全一样的；如果使用等 速度的脱模方式，那么只有
一种元件的图形可以实现比较理想的脱模（见图13）。
为了解决这个问题，松下的印刷机利用锡膏的特点设计了一种先进的脱模方式：高度多阶。它通过利用锡膏的 物理特性，同时考虑网板的厚度和网板开口的
光滑度来决定脱模的合适速度，从而实现一片基板上不同元器件均获得良好的脱模效果（见图14）。
3、清洁工程
首先，要明白清洁工程的意义，它是为了保证连续稳 定的印刷，而不是要把网板清洁得非常干净，这也是松下 柔和清洁的概念。要达到这个效果，就有必要
了解清洁工程中每种擦拭方法的作用:
A、干式擦拭：清除网板背面的锡膏颗粒和助焊剂；
B、湿式擦拭：清除网板背面助焊剂的残留；
C、真空吸附：将多余的锡膏由网孔中吸出来。
那么，这些擦拭方式要如何使用呢？
在现场经常能够遇到这样的情况，频繁的使用溶剂进行湿式擦拭，认为这样能把网板擦干净，印刷效果良好。 但是要知道，溶剂和残留在网孔中的锡膏会发
生反应，使锡膏固化，从而造成网板的堵塞，此时必须借助手动的擦 拭来清洁网板。
而手动清洁的同时会把网孔中的助焊剂一起去除，由于缺少助焊剂，脱模时的润滑效果就会变差，可能会出现 少锡的情况。也正因为如此，有时会出现这样
的现象：在更换网板后的前几片基板的印刷品质都不好，但是在不改 变条件的情况下多印刷几片就好了。所以，基本的擦拭方 式是干式擦拭。
当然，仅仅使用干式擦拭也是不合理的。这是因为， 干式擦拭后，都会在网板的背面形成一层助焊剂的残留， 而且每次擦拭都会形成一层新的残留。旧的残
留被新的残留覆盖后与空气隔绝很难干燥，这样就恩容易粘附锡膏 颗粒；而在粘附了锡膏颗粒后，残留的助焊剂会变得不平 整，这样在擦拭后会残留更多的
助焊剂（见图15），严重时可能造成印刷机基板与网板之间很大的间隙。
因此，在基本的干式擦拭的基础上，适当的配合湿式擦拭和真空吸附，才能有效的清洁网板，才能保证印刷品质的稳定。
结语
以上就是对于印刷工艺中保证获得良好印刷图形的 一些想法，当然这只是很小的一部分，为了保证良好的印 刷品质，还有许多其他的要素，如：基板、网
板、锡膏的管理等等。此外，除了材料和设备之外，操作设备的人也 是非常重要的，不同的操作人员可能会得到完全不同的印 刷品质，这就需要制定完善的
标准和制度来规范人员的操作，如：印刷条件标准等。
希望本文的一些想法能给大家在平时的印刷工作提供帮助，作为松下的一部分，FA CSE也愿意和大家进行更多的交流，为提升SMT的整体制造品质，降低
生产成本而努力。